國產(chǎn)桌面級3D打印機(jī)設(shè)計(jì)評價(jià)

摘 要：文章在簡要概述3D打印技術(shù)的歷史和特點(diǎn)后，通過分析國內(nèi)桌面級3D打印機(jī)兩種主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，對目前國內(nèi)桌面級3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀做出評價(jià)，探究存在的問題及可參考的解決方案。

關(guān)鍵詞：3D打??；桌面3D打印機(jī)；設(shè)計(jì)評價(jià)

1 3D打印技術(shù)概述

快速成型技術(shù)，即3D打印技術(shù)，最突出的特點(diǎn)在于無需機(jī)械加工或者模具，就能直接從計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體，這極大地縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高了生產(chǎn)率、降低了生產(chǎn)成本。

21世紀(jì)初期，3D打印技術(shù)主要用于企業(yè)產(chǎn)品原型的制造，以及大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的教學(xué)和研究。由于機(jī)體龐大，操作和維護(hù)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，普通消費(fèi)者鮮有機(jī)會(huì)體驗(yàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，以FDM（Fused Deposition Modeling工藝熔融沉積制造）成型技術(shù)為基礎(chǔ)的3D打印機(jī)因其技術(shù)開源、結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)較低的售價(jià)和較小的機(jī)身尺寸，慢慢進(jìn)入了個(gè)人消費(fèi)者的視野。由于這類打印機(jī)占地面積小，可以方便地放置在桌面完成打印工作，因而被稱為桌面級3D打印機(jī)。近幾年來，國內(nèi)3D打印市場火熱，尤其是國產(chǎn)桌面級3D打印機(jī)市場正變得日益繁榮，得益于此，3D打印技術(shù)正在逐漸走向普通消費(fèi)者的日常生活。

2 國產(chǎn)桌面級3D打印機(jī)的分析與評價(jià)

國產(chǎn)3D打印機(jī)多以FDM打印方式為主，在這種打印方式的基礎(chǔ)上又衍生出了幾種不同的結(jié)構(gòu)形式。在國內(nèi)，三角洲式和矩形盒式是市場上主流的兩種結(jié)構(gòu)形式，下面將以這兩種結(jié)構(gòu)為主，對其設(shè)計(jì)進(jìn)行分析與評價(jià)。

2.1 三角洲式

三角洲式3D打印機(jī)（如圖1）其基本特征是機(jī)身上下由兩個(gè)三角形框架組成，三角形底部的XY軸平面是打印平面，Z軸與機(jī)身的三角形垂直中線重合。三角洲式打印機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，組裝和維修都比較容易，加工精度的要求不高，普遍售價(jià)在5000元以下，但由于加工精度不高，打印精度和穩(wěn)定性也不高。值得一提的是，這種結(jié)構(gòu)的打印機(jī)具有極大的改裝可能性，通過適當(dāng)?shù)母难b可以得到非常大的打印尺寸或具有打印多種材料的能力。由于這種打印機(jī)采用開放式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線往往裸露在外，影響美觀?，F(xiàn)階段，國產(chǎn)三角洲式3D打印機(jī)還停留在工程設(shè)計(jì)層面，其結(jié)構(gòu)、固件、適配軟件往往直接沿用國外3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)方案，缺少創(chuàng)新。

2.2 矩形盒式

矩形盒式（如圖2）是目前國內(nèi)3D打印機(jī)廠商所采用的主流結(jié)構(gòu)形式，商業(yè)化程度較高。這種結(jié)構(gòu)的基本特征是打印平面沿著Z軸垂直移動(dòng)，打印中模型固定在打印平面上不會(huì)沿著XY軸方向移動(dòng)，因此無需擔(dān)心模型在打印過程中出現(xiàn)位移而導(dǎo)致打印失敗。由于安裝精度高，機(jī)身穩(wěn)定，打印過程中出現(xiàn)的拉絲、位移等問題往往可以在一定程度上避免，采用這種結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)精度和速度較三角洲式都有提高，電源電線可以很好地隱藏在機(jī)體內(nèi)，產(chǎn)品外觀可以做到統(tǒng)一美觀。矩形盒式3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝和維修往往比較困難，不僅如此，較高的加工精度要求也提高了成本，因此國產(chǎn)矩形盒式結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)價(jià)格往往在萬元以上。國內(nèi)廠商在這種結(jié)構(gòu)的3D打印機(jī)設(shè)計(jì)上做了不少努力，在注重更有人情味的外形設(shè)計(jì)的同時(shí)，還提供了多種多樣的人性化的功能，如：脫機(jī)打印、Wifi無線打印等，讓非專業(yè)人士很容易的上手進(jìn)行模型的打印，不少廠家還對打印機(jī)地固件和軟件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，提供了全中文的操作系統(tǒng)、更加友好的界面設(shè)計(jì)，方便國內(nèi)用戶使用。

3 面對的問題

從技術(shù)角度來講，國內(nèi)桌面級3D打印機(jī)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相對較高的水平，但國產(chǎn)桌面級3D打印機(jī)還面臨著一些問題。

首先，桌面級打印機(jī)的成型尺寸有限，只能打印玩具和一些較小尺寸的零件；受到精度和材料的限制，打印出的模型難以滿足實(shí)際使用需要。另一方面，設(shè)計(jì)公司、學(xué)校、工廠等不同客戶對3D打印機(jī)有著不同的設(shè)計(jì)訴求，如何滿足消費(fèi)群體的設(shè)計(jì)訴求是國內(nèi)廠商亟待解決的問題。更為重要的一個(gè)問題是，3D打印數(shù)據(jù)來自于三維數(shù)字模型，沒有三維數(shù)字模型，3D打印機(jī)就無用武之地了?，F(xiàn)在主流的三維模型制作軟件對普通用戶而言有較高的學(xué)習(xí)成本，因此3D打印機(jī)的使用群體受到很大的限制。對于這個(gè)問題，國外3D打印行業(yè)尋求了兩種解決方式，一種以美國創(chuàng)新制造公司Shapeways為例，通過建立線上模型交易平臺(tái)，用戶提出模型需求，由設(shè)計(jì)師來完成，用戶付款下載三維模型后在自己的打印機(jī)上進(jìn)行打印。另一種以谷歌公司的Sketchup為例，研發(fā)更加方便易用的建模軟件，通過設(shè)計(jì)更加人性化的建模方式，讓用戶在最短的時(shí)間內(nèi)制作出自己需要的三維模型。第一種解決方式大大減少了廠商的研發(fā)成本，但卻增加了用戶的成本。第二種解決方式由于成本和技術(shù)限制，很少有廠商有能力獨(dú)立研發(fā)自己的建模軟件，一款方便易用的建模軟件往往需要多個(gè)版本的不斷研發(fā)升級，需要大量的時(shí)間和資金的投入。

4 結(jié)束語

通過對兩種桌面級3D打印機(jī)的對比分析可以得出如下結(jié)論：（1）三角洲式打印機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、易于改裝、價(jià)格相對較低。但存在著加工精度低、打印穩(wěn)定性差的問題，市場上的機(jī)型普遍缺少人性化的設(shè)計(jì)考慮。（2）矩形盒式打印機(jī)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、價(jià)格較高。但加工精度高、打印穩(wěn)定性好，商業(yè)化程度高，不少廠家開始在3D打印機(jī)上嘗試更加人性化的設(shè)計(jì)。（3）國產(chǎn)桌面級3D打印機(jī)受限于技術(shù)與成本在打印精度、可選材料限制較大，對普通用戶而言，實(shí)用價(jià)值不高；另一方面，由于現(xiàn)階段建立三維數(shù)字模型存在較高的學(xué)習(xí)成本，因此難以提供給消費(fèi)者持續(xù)、有意義的使用體驗(yàn)。對國外3D打印廠商一味地模仿和功能升級，并不能為國產(chǎn)3D打印機(jī)行業(yè)帶來質(zhì)變。以用戶為中心，為普通消費(fèi)者提供有價(jià)值、可持續(xù)的使用體驗(yàn)，才是未來國內(nèi)3D打印機(jī)廠商在眾多品牌中脫穎而出的關(guān)鍵。

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作者簡介：鄭鯤（1990-），男，漢族，山西陽泉人，景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士研究生，主要從事工業(yè)設(shè)計(jì)方面的研究。